專利名稱：高效單相光伏并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子功率變換技術領域，具體涉及高效單相光伏并網(wǎng)逆變器。
背景技術：
在能源的日益枯竭的背景下，開發(fā)和利用可再能源越來越重視。太陽能光伏發(fā)電是新能源的重要組成部分，被認為是當前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術。光伏并網(wǎng)逆變器從安全的角度考慮要求光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)和電網(wǎng)實現(xiàn)電氣隔離。而電氣隔離通常用工頻變壓器或高頻變壓器來實現(xiàn)。工頻并網(wǎng)逆變首先通過直流一交流(DC/AC)變換器將光伏陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，然后再通過工頻變壓器和電網(wǎng)相連。高頻光伏并網(wǎng)逆變器首先通過帶高頻隔離變壓器直流一直流(DC/DC)變換器將直流電壓進行電壓等級變換，然后通過DC/AC逆變器將能量饋入電網(wǎng)。由于工隔或高頻隔離變壓器的加入，使得系統(tǒng)的整體效率下降1%_洲。無變壓器式并網(wǎng)逆變器結構不含變壓器(低頻和高頻)，具有效率高、體積、重量和成本低的絕對優(yōu)勢。因此，越來越多的商用光伏并網(wǎng)逆變器采用這種拓撲結構。但是，無隔離變壓器并網(wǎng)逆變器使光伏(PV)和電網(wǎng)之間有了電氣連接，共模電流大大增加，帶來安全隱患。采用無變壓器的并網(wǎng)逆變器必須解決的一個問題是如何消除共模電壓在寄生電容(PV和大地之間)形成回路所產(chǎn)生的漏電流。德國SMA SunnyBoy 公司采用H5拓撲結構(中國實用新型專利號200510079923. 1)，在該拓撲結構中，Vl和 V2在電網(wǎng)電流的正負半周各自導通，V4、V5在電網(wǎng)正半周以開關頻率調(diào)制，而V2、V5在電網(wǎng)負半周期以開關頻率調(diào)制。這種無變壓器拓撲結構，可以很好的解決漏電流問題；同時，其最高效率達到98. 1%，歐洲效率達到97. 7%。Sunways公司采用HERIC (歐洲專利號 EP 1369985 A2)拓撲結構，該拓撲是對雙極性調(diào)制的全橋拓撲的改進，即在全橋拓撲的交流側(cè)增加一個由2個IGBT組成的雙向續(xù)流支路，使得續(xù)流回路與直流側(cè)斷開，同樣可以有效解決漏電流問題，其最高效率達到96. 3%。文獻(Transformerless Inverters for Single-phase Photovoltaic Systems[J]. IEEE Transactions on power electronics, 2007，22(2) :693-697)提出一種新的拓撲結構FB-DCBP(full-bridge with dc-bypass)，在電網(wǎng)電壓正半周期，開關管S1、S4始終保持導通，開關管S5、S6與S2、S3交替導通；在電網(wǎng)電壓負半周期，開關管S2、S3始終保持導通，開關管S5、S6與Si、S4交替導通。該拓撲結構很好的解決了漏電流問題，其最高效率可達到97. 4%。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供高效單相光伏并網(wǎng)逆變器，它針對無變壓器的單相光伏并網(wǎng)逆變器如果不加控制，避免光伏電池板和大地之間生產(chǎn)很大漏電電流的現(xiàn)象，使得漏電電流很小，達到并網(wǎng)和安規(guī)要求。為了解決背景技術所存在的問題，本實用新型是采用以下技術方案它包含光伏電池板PV、低頻開關管Sl和S3、高頻開關管S2和S4、續(xù)流二極管D1-D2、電容C1-C2、電感 L1-L2和繼電器K1-K2，電網(wǎng)的一端與繼電器Kl的一端連接，繼電器Kl的另一端分別與電容C2的正極、低頻開關管Sl的發(fā)射極和電感L2的一端連接，電容C2的負極分別與繼電器K2的一端、低頻開關管S3的發(fā)射極和電感Ll的一端連接，低頻開關管Sl的集電極分別與續(xù)流二極管D2的負極、低頻開關管S3的集電極、續(xù)流二極管Dl的負極、電容Cl的正極和光伏電池板PV的一端連接，電感L2的另一端分別與續(xù)流二極管D2的正極和高頻開關管S2 的柵極連接，光伏電池板PV的另一端和電容Cl的負極均分別與高頻開關管S2的發(fā)射極和高頻開關管S4的發(fā)射極連接，電感Ll的另一端分別與續(xù)流二極管Dl的正極和高頻開關管 S4的柵極連接，繼電器K2的另一端與電網(wǎng)的另一端連接。本實用新型針對無變壓器的單相光伏并網(wǎng)逆變器如果不加控制，避免光伏電池板和大地之間生產(chǎn)很大漏電電流的現(xiàn)象，使得漏電電流很小，達到并網(wǎng)和安規(guī)要求；控制相對簡單，整體效率提高，且其拓撲結構最高效率可達到98%。


圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為圖1中其漏電電流的回路。圖3為本實用新型PWM調(diào)制模式的結構示意圖。圖4為圖1中電網(wǎng)電壓正半周期高頻開關管S4開通時電流流向的結構示意圖。圖5為圖1中電網(wǎng)電壓正半周期高頻開關管S4關斷時電流流向的結構示意圖。圖6為圖1中電網(wǎng)電壓負半周期高頻開關管S2開通時電流流向的結構示意圖。圖7為圖1中電網(wǎng)電壓負半周期高頻開關管S2關斷時電流流向的結構示意圖。圖8為本實用新型控制策略的結構示意圖。圖9-圖10為本實用新型不同調(diào)制模式下輸出的電壓Uab及漏電流iCM的結構示意圖。
具體實施方式
[0017]參照圖1-圖10，本具體實施方式
采用以下技術方案它包含光伏電池板PV、低頻開關管Sl和S3、高頻開關管S2和S4、續(xù)流二極管D1-D2、電容C1-C2、電感L1-L2和繼電器 K1-K2，電網(wǎng)的一端與繼電器Kl的一端連接，繼電器Kl的另一端分別與電容C2的正極、低頻開關管Sl的發(fā)射極和電感L2的一端連接，電容C2的負極分別與繼電器K2的一端、低頻開關管S3的發(fā)射極和電感Ll的一端連接，低頻開關管Sl的集電極分別與續(xù)流二極管D2 的負極、低頻開關管S3的集電極、續(xù)流二極管Dl的負極、電容Cl的正極和光伏電池板PV 的一端連接，電感L2的另一端分別與續(xù)流二極管D2的正極和高頻開關管S2的柵極連接， 光伏電池板PV的另一端和電容Cl的負極均分別與高頻開關管S2的發(fā)射極和高頻開關管 S4的發(fā)射極連接，電感Ll的另一端分別與續(xù)流二極管Dl的正極和高頻開關管S4的柵極連接，繼電器Κ2的另一端與電網(wǎng)的另一端連接。所述的光伏電池板PV為整個系統(tǒng)包括控制電路提供電能。在白天光照的條件下， 太陽能電池陣列將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能經(jīng)過直流變交流(DC—AC)逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流，向電網(wǎng)輸送功率；天黑時，整個系統(tǒng)自動停止工作，利用繼電器使輸出端與電網(wǎng)斷開。在無變壓器的非隔離光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，電網(wǎng)與光伏陣列之間存在直接的電氣連接，由于光伏陣列和地之間存在寄生電容，形成由寄生電容、直流側(cè)和交流濾波器以及電網(wǎng)阻抗形成共模諧振回路。寄生電容上共模電壓的變化會在寄生電容上產(chǎn)生共模電流(漏電流)。為抵制無變壓器單相光伏逆變器的漏電流，應盡量使共模電壓變化比較小。若能Ucm為一定值，則能夠基本上消除共模電流，即功率器件采用PWM控制使得a和b點對0點的電壓之和滿足Ucm = (um + IihJ / 2 =定值作為并網(wǎng)逆變器的關鍵環(huán)節(jié)，對電能變換起非常關鍵的作用。通過控制H橋和續(xù)流回路使光伏逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時實現(xiàn)光伏陣列最大功率輸出和抑制漏電流，提高整個光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。通過鎖相環(huán)得到電網(wǎng)空間角度的信息，在電網(wǎng)電壓正半周時，電網(wǎng)電壓正半周時， 低頻開關管Sl 一直保持開通，高頻開關管S4采用PWM調(diào)制，低頻開關管S3和高頻開關管 S2關閉。當高頻開關管S4開通時，此時DC— AC逆變器的電流回路為開關管Sl—電網(wǎng)一電感Ll一高頻開關管S4——電容Cl當高頻開關管S4關斷時，此時DC— AC逆變器的電流回路為開關管Sl—電網(wǎng)一電感Ll一續(xù)流二極管Dl—開關管Sl通過鎖相環(huán)得到電網(wǎng)空間角度的信息，在電網(wǎng)電壓負半周時，低頻開關管S3—直保持開通，高頻開關管S2采用PWM調(diào)制。低頻開關管Sl和高頻開關管S4關閉。當高頻開關管S2開通時，此時DC— AC逆變器的電流回路為開關管S3—電網(wǎng)一電感L2—高頻開關管S2——電容Cl當高頻開關管S2關斷時，此時DC— AC逆變器的電流回路為開關管S3—電網(wǎng)一電感L2—續(xù)流二極管D2—開關管S3本具體實施方式
針對無變壓器的單相光伏并網(wǎng)逆變器如果不加控制，避免光伏電池板和大地之間生產(chǎn)很大漏電電流的現(xiàn)象，使得漏電電流很小，達到并網(wǎng)和安規(guī)要求；控制相對簡單，整體效率提高，且其拓撲結構最高效率可達到98%。
權利要求1.高效單相光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于它包含光伏電池板(PV)、低頻開關管(Si) 和(S3)、高頻開關管(S2)和(S4)、續(xù)流二極管(D1)-(D2)、電容(C1)-(C2)、電感(L1)-(L2) 和繼電器(K1)-(K2)，電網(wǎng)的一端與繼電器(Kl)的一端連接，繼電器(Kl)的另一端分別與電容(C2)的正極、低頻開關管(Si)的發(fā)射極和電感(L2)的一端連接，電容(C2)的負極分別與繼電器(以)的一端、低頻開關管(S； )的發(fā)射極和電感(Li)的一端連接，低頻開關管(Si)的集電極分別與續(xù)流二極管(擬)的負極、低頻開關管(S； )的集電極、續(xù)流二極管 (Dl)的負極、電容(Cl)的正極和光伏電池板(PV)的一端連接，電感(L2)的另一端分別與續(xù)流二極管(擬)的正極和高頻開關管(S》的柵極連接，光伏電池板(PV)的另一端和電容(Cl)的負極均分別與高頻開關管(S》的發(fā)射極和高頻開關管(S4)的發(fā)射極連接，電感 (Li)的另一端分別與續(xù)流二極管(Dl)的正極和高頻開關管(S4)的柵極連接，繼電器(K2) 的另一端與電網(wǎng)的另一端連接。
專利摘要高效單相光伏并網(wǎng)逆變器，它涉及電力電子功率變換技術領域。電感(L2)的另一端分別與續(xù)流二極管(D2)的正極和高頻開關管(S2)的柵極連接，光伏電池板(PV)的另一端和電容(C1)的負極均分別與高頻開關管(S2)的發(fā)射極和高頻開關管(S4)的發(fā)射極連接，電感(L1)的另一端分別與續(xù)流二極管(D1)的正極和高頻開關管(S4)的柵極連接，繼電器(K2)的另一端與電網(wǎng)的另一端連接。它針對無變壓器的單相光伏并網(wǎng)逆變器如果不加控制，避免光伏電池板和大地之間生產(chǎn)很大漏電電流的現(xiàn)象，使得漏電電流很小，達到并網(wǎng)和安規(guī)要求；控制相對簡單，整體效率提高，且其拓撲結構最高效率可達到98%。
文檔編號H02J3/38GK202261071SQ201120387329
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權日2011年10月13日
發(fā)明者楊勇, 王仁峰, 趙方平 申請人:艾伏新能源科技(上海)股份有限公司